Открыть управляемый тиристор можно, подав на него управляющий импульс, закрыть же управляемый вентиль во время протекания через него тока нельзя.
Он закрывается и запирается только тогда, когда прекращается протекание через него тока.
Как же изменить направление тока в трансформаторе во время, например, первого полупериода, когда открыты тиристоры II – III (смотри рис. 3).
Закрыть тиристоры II и III нельзя, а если открыть тиристоры I и IV при работающих II и III, произойдёт короткое замыкание генератора М, т.к. образуется две цепи короткого замыкания - через вентили I и II и через вентили III и IV.
Если момент открытия очередных вентилей (в нашем примере I IV) выбирать правильно, то само напряжение трансформатора переключает работу инвертора с тиристоров на другие, и аварийного режима не произойдёт. Напряжение трансформатора Uт (смотри рис. 3а и 3б) изменяется по синусоиде, а напряжение генератора Uм постоянно.
А) направление токов и напряжения;
Б) график напряжения;
В) график тока I р во вторичной обмотке по величине и направлению.
В любой момент времени до момента «1» открыты вентили II и III, вентили I и IV закрыты.
Под действием напряжения генератора Uм ток через обмотку трансформатора течёт против ЭДС трансформатора Uт, т.к. величина Uм больше ЭДС Uт (его среднего значения за полупериод).
Вентили I и IV открываются в момент «1» в течение короткого промежутка времени 1-2 сек., открыты все 4- вентиля.
В это время шины «плюс» и «минус» замкнуты накоротко двумя парами вентилей, но благодаря наличию напряжения Uт, ток вентилей не успевает возрасти до опасной величины. Напряжение Uт способствует резкому уменьшению тока вентилей II и III (т.к. направлено против него) и столь же резкому увеличению тока вентилей I и IV. Напряжение Uт как бы коммутирует – перераспределяет токи между одновременно открытыми вентилями, поэтому этот процесс называется – коммутацией.
Когда ток вентилей II и IV уменьшится до нуля, они запираются (момент 2) и в работе остаются вентили I и IV. В промежутке времени 2-3 уменьшающееся напряжение Uт направлено в ту же сторону, что и напряжение Uм и ток от суммарного напряжения быстро возрастает.
В момент «3» напряжение Uт равно нулю, а затем, изменив направление, быстро возрастает.
Ток под действием напряжения Uм продолжает протекать против напряжения Uт, среднее значение которого меньше напряжения Uм.
К концу второго полупериода, в момент «4» открываются вентили II и III и происходит очередная коммутация тока с вентилей I и IV на вентили II и III.
Моменты открытия вентилей «1» (вентилей I и IV) и «4» вентили II и III отсчитываются от точки перехода напряжения Uт через нуль (точки 3 и 6 на рис. 3б).
Время от момента «1» до «3» и от момента «4» до момента «6» – называется – Углом опережения открытия вентилей и обозначаются β.
Другими словами – это время от момента отпирания очередных вентилей до момента перехода напряжения трансформатора Uт через нуль. Угол β=γ+δ; где γ- угол коммутации;
δ- угол запаса, необходимый для восстановления запирающих свойств тиристоров.
Процесс инвертирования сложнее процесса выпрямления, и вероятность возникновения аварийных режимов при инвертировании больше.
Так, если, например, в первый полупериод в момент «1» когда должны открыться вентили I и IV, а они, почему либо не откроются, то вентили II и III не закроются и в следующий полупериод, когда напряжение Uт направлено согласно с напряжением Uм, под действием суммы этих напряжений в цепи возникает большой аварийный ток. Такой аварийный режим называется – опрокидыванием инвертора.
Аварийный режим наступит и в том случае, если вентили I и IV откроются не в момент «1», а позже. Тогда быстро уменьшающееся напряжение Uт (см. рис. 3б) не успеет осуществить коммутацию вентилей II и III и они не закроются, и снова произойдёт опрокидывание инвертора.
Таким образом, для надёжности работы инвертора угол β желательно выбирать большим, но при увеличении угла β, ухудшается коэффициент мощности электровоза. При этом увеличивается пульсация тока рекуперации, ухудшается коммутация тяговых двигателей. Поэтому угол β выбирают минимальным, но достаточным для устойчивой работы инвертора.